JP2955034B2 - 環状鋼製品の連続鋳造方法および連続鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低炭素鋼製の環状部材
を工業的に生産するための鋳造方法、および鋳造装置に
係り、径寸法数百ミリメートル程度の、一様な厚さ（十
数ミリメートル程度）の座金状の製品を連続的に鋳造す
るに好適な鋳造方法、並びに鋳造装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図２は本発明の方法および装置を適用し
て製造する対象である低炭素鋼製の環状部材の例を示し
た２面図であって、同図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は
その断面図である。その寸法は例えば次のごとくであ
る。

【０００３】 （単位 mm） 呼び径 Ｄ ｄ Ｗ Ｔ ３００ ２９９ １８０ ５９.５ １２〜１６ ３５０ ３４９ ２３０ ５９.５ １２〜１６ ４００ ３９９ ２７０ ６４.５ １２〜１６ ４５０ ４４９ ３１０ ６９.５ １６ ５００ ４９９ ３４０ ７９.５ １６ ６００ ５９９ ４２０ ８９.５ １６〜１９ 従来一般に、この種の製品を製造するには、前記のＴ欄
に示した厚さを有する低炭素鋼板をプレスで打ち抜いた
り溶断したりしていた。しかし乍ら、平板からリング状
部材を打ち抜いた場合、歩留りが悪くて不経済である。
その上、この例のように厚さ寸法１２mm〜１９mmの鋼板
を打ち抜く作業は容易でない。また、溶断した場合は切
口が綺麗でないため仕上げ加工を必要とする。

【０００４】プレス作業や溶断作業をせずに、ほぼ所望
の寸法，形状の製品を得る技術として鋳造がある。図３
は、単純な形状の鋳鋼製品の１例としてフランジ付き鋼
管を鋳造する装置を示す模式的な断面図である。模式化
して描いてあるので寸法割合などは必ずしも実例のとお
りではない。型枠１の中に上型２と下型３とが収められ
ており、その間に中子４が配置されている。

【０００５】上記上型２と下型３との間に、溶湯が注入
されて目的形状となるキャビティ５が形成されている。
６は湯口，７は湯溜りである。さらに溶湯が凝固する際
の収縮を補うように押湯８が設けられている。

【０００６】鋳造技術はその歴史が古く、種々の工夫が
為されてきており、上掲の図３に示した構成の他に、溶
湯をキャビティに導くための水平な湯道や、湯道からキ
ャビティに流入する溶湯の不純物を除去するための堰
（せき）などが設けられる場合が多い。その他、健全な
製品を得るために冷し金を設けたり、余肉を付したり、
ガス抜きを設けたりする場合も少なくない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前掲の図３について説
明した従来例の鋳造技術は、その構造も手順も非常に複
雑である。しかし乍ら、鋳造品の形状を所望のごとく仕
上げるため、および、鋳造欠陥の無い健全な鋳造品質を
得るため、従来技術においては斯うした構成を必要とし
た。前記の従来技術（図３）においては、１個の製品を
鋳造する度に上型２および下型３よりなる鋳型を毀して
製品を取り出さなければならない。このように鋳型を毀
すことは鋳型製造コスト分だけ製品コストを上げる上
に、型ばらしと俗称される鋳型破壊除去作業は多大の時
間と労力とを要し、しかもこの作業は著しい苦渋作業で
ある。前述のように１個の製品を鋳造する度に型ばらし
をしなければならないので、鋳造作業を連続的に行うこ
とができない。（鋼板のように極めて単純な形状の長尺
な製品については連続鋳造・圧延の普及が技術的趨勢に
あるが、図２に示したような個々の単品を連続的に多数
鋳造することは不可能とされていた）。

【０００８】図３について説明した従来例の鋳造技術を
適用する場合の技術的な難易度は、その材質によって異
なる。鉄鋼材料の範囲内で見た場合、鋳鉄が最も容易で
あり鋼鉄は困難である。鋼鉄について更に詳しく見る
と、高炭素鋼に比して低炭素鋼は鋳込時の凝固温度が高
いため凝固し易いので、含有不純物の浮上分離が困難で
ある。このため鋳造欠陥を生じ易く、低炭素鋼の鋳込み
は困難とされている。

【０００９】最近の鋳造技術の進歩に伴って、低加圧鋳
造法や、真空鋳造法や、各種の精密鋳造法（例えばロス
トワックス法，シェルモールド法など）が実用化されて
いる。しかし乍ら、低炭素鋼の鋳造に関する前述の不具
合は解消されていない。

【００１０】さらに、図３から容易に理解されるよう
に、鋳型を破壊して取り出した鋳造品は、押湯８や湯溜
り７の中で凝固した材料が連結された状態になってお
り、これらを切断，除去して切口を仕上げなければなら
ないので、いっそう手数を要し、鋳造コストを上昇させ
ている。こうした諸問題が有るため、最近の従来技術に
おいて図２に示したような形状の低炭素鋼製の部材を経
済的に生産するにはプレス打抜もしくは溶断が用いられ
ている。

【００１１】しかし乍ら、図３に示した従来例はフラン
ジ付きの管状部材の鋳造である。一方、図２に示した環
状部材は、このフランジ付き管状部材に比して単純な形
状の部材である。このように単純な形状の部材を鋳造す
る場合、図３に示した複雑な鋳造方案および手順をその
まま適用することは不合理である。こうした観点から検
討し直してみると、従来技術においては例えば図２に示
したような単純な形状の低炭素鋼部材を鋳造するに適し
た鋳造技術の開発が盲点になっていたことに気付く。

【００１２】このように単純に製品を鋳造する際は、必
ずしも押湯８や湯溜り７を設けなくても、鋳造欠陥を防
止するための、より簡単な技術が有って然るべきである
と考えられる。

【００１３】本発明は上述の考察に基づいて為されたも
のであって、環状の低炭素鋼製品を自動的に、かつ連続
的に、しかも鋳造欠陥を生ぜしめるおそれ無く鋳造する
方法および同装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
め、本発明に係る環状鋼製品の連続鋳造方法は、環状溝
を有する複数の上方開放形の鋳型を、無端環状コンベア
に取り付けて搬送しつつ、前記の鋳型内に溶解した低炭
素鋼を注湯し、前記鋳型の環状溝内で凝固した製品素材
を、該鋳型を破壊することなく取り出して環状の鋼製品
を得ることを特徴とする。

【００１５】また、上記発明方法を実施するために創作
した本発明の連続鋳造装置は、無端環状のコンベアと、
上記コンベアに取付けられた複数の上方開放形の鋳型
と、上記鋳型に設けられた環状溝形の凹部と、上記鋳型
の環状溝形の凹部に溶解した低炭素鋼を注湯する溶解炉
とを具備していることを特徴とする。

【００１６】本発明において、前記の上方開方形の鋳型
とは、環状溝形の凹部の上方が鋳型部材によって覆われ
ることなく露出している形状の鋳型をいう。

【００１７】

【作用】前記の本発明方法によれば、 ａ．鋳型に設けられた環状の凹部が上方に露出している
ので、この中へ容易に注湯することができる。注湯の開
始，進行，完了を容易に行い得るということは、この操
作の自動化，連続化に適することを意味している。

【００１８】ｂ．前記環状凹部に注湯された溶湯は、ほ
ぼ目的どおりの形状，寸法となり、上面が大気に開放さ
れている上に、高さ寸法が比較的小さいので、溶湯中の
不純物の上昇が容易である。

【００１９】ｃ．環状溝内で凝固した環状の製品は、鋳
型を破壊しなくても取り出すことが出来るので、迅速，
容易，かつ連続的に製品取出作業が行われ、しかも鋳型
を繰り返し使用できる。

【００２０】ｄ．上記の、繰返し使用可能な鋳型が、無
端環状コンベアに取付けて搬送されるので、これを循環
せしめて連続的に操業することができる。

【００２１】また、前記の本発明装置によれば、無端環
状のコンベアと、上記コンベアに取付けられた複数の上
方開方形の鋳型と、上記鋳型に設けられた環状溝形の凹
部と、上記鋳型の環状溝形の凹部に溶解した低炭素鋼を
注湯する溶解炉とを具備しているので、前記の発明方法
を容易に実施することができる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明に係る連続鋳造装置の１実施例
を示す模式図である。模式化して描いてあるので、各構
成部材の形状，寸法は必ずしも実施例の現物を縮尺した
ものではない。図示の９は無端環状のチェーンコンベア
で、二十数個のセラミック鋳型を取付けてある。本図に
おいては、その代表例として鋳型１０ａ〜同１０ｅを描
いてある。これらのセラミック鋳型には環状の溝形凹部
を設けてあり、図示の鋳型の内で鋳型１０ｅ，同１０
ａ，同１０ｂは該環状溝形の凹部を上方に向けた姿勢に
なっている。無端環状コンベア９を運転すると、これら
の鋳型１０ｂ，１０ａ，１０ｅは矢印ａのごとく進行
し、矢印ｂのごとく反転する。このため、図示の鋳型１
０ｃ，１０ｄは溝形凹部を下に向けている。

【００２３】図示の１１は溶解炉である。本例の溶解炉
は鉄工工場に設けられていて自工場で発生した低炭素鋼
スクラップを溶解する電磁誘導形の電気炉である。本発
明を実施する際、本例のように自工場発生スクラップを
原料にすると、溶湯の組成コントロールが容易で好都合
であるが、必ずしも自工場スクラップを原料としなけれ
ばならぬものではない。また、本発明を実施する際、溶
解炉は電気炉に限られるものではなく、平炉，転炉，坩
堝炉なども適用し得る。しかし、不純物，介在物の混入
が少なく、操炉のコントロールを半自動化し易いといっ
た観点から見ると電気炉であることが望ましい。１１ａ
は上記溶解炉１１の出湯口であって、前記の環状溝形の
凹部に沿って回転せしめ得る構造になっており、コンピ
ュータ制御されるシャッタ１１ｂを備えている。

【００２４】本発明装置を用いて本発明の連続鋳造方法
を実施する１例について次に説明する。シャッタ１１ｂ
を開いて出湯口１１ａから低炭素鋼の溶湯を出湯し、セ
ラミック製の鋳型１０ａの上に注湯する。上記の鋳型１
０ａは、環状の溝形凹部を上方に向けて開放しているの
で、注湯は迅速かつ容易に行われ、該凹部の隅々まで直
ちに溶湯が流動する。このため、湯境や湯不足などの鋳
造欠陥を生じるおそれが無い。また、セラミック鋳型を
用いているのですくわれ等の鋳型欠損に伴う鋳造欠陥が
発生するおそれも無く、環状製品の鋳込みが行われる。

【００２５】図示の鋳型１０ａには、溶湯１２を盛り上
げ気味に注湯しておく。そして、この１０ａ位置の鋳型
が１０ｂ位置まで進行する矢印ａの区間で急速に冷却し
ないように、還元性雰囲気の火炎を発生する保温用の雰
囲気バーナー１３で補熱する。

【００２６】このようにして冷却期間を延長された溶湯
１２は、矢印ａ区間の進行中にガスを放散し、非金属介
在物を浮上せしめて自浄作用が行われる。

【００２７】鋳型１０ｂの位置に来たとき、注湯の凝固
が完了していない状態で、その上面をワイパー１４で掻
き取る。これにより、盛り上がっていた余分の溶湯が除
去されて、ほぼ製造目標の寸法，形状となる。実際技術
としては、この段階（掻取り工程）において製品素材が
「その後の熱収縮や若干の圧延整形を考慮に入れた、目
的の形状，寸法」となるようコントロールされる。

【００２８】図示１０ｂの位置でワイパー１４による掻
取りを受けた鋳型は矢印ｂの如く進行して上下を反転さ
れ、鋳込まれていた製品素材１５は、凝固に伴う収縮と
自重とによって放出され、落下する。上記のようにして
落下した製品素材１５を受け取る位置に、搬送コンベア
１６が設けられており、受け取った製品素材１５を矢印
ｃのごとくＸＹ圧延ロール１７まで搬送して供給する。
製品素材１５′はＸ圧延ロール１７ａで図の左方に送ら
れながら圧延され、次いでＹ圧延ロール１７ｂで紙面と
直角方向に送られながら圧延される。本例における圧延
温度は７００℃である。この圧延温度は搬送コンベア１
６の速度によって制御される。

【００２９】このようにしてクロス圧延を受けた製品素
材１５′は、圧延によって製品寸法を精密に調節される
とともに、鋳造組織が微細化され、異方性のファイバー
組織が与えられる。このように、鋳造時の高温を常温ま
で冷却させることなく、鍛造適温まで冷却したときに圧
延するので熱経済の面でも有利であり、常温圧延に比し
て圧延設備が簡単で足りる。

【００３０】本実施例における製品は引張強さ４１〜５
２kg／mm²で、ＪＩＳ規格Ｇ３１０１ＳＳ４１００と同
等品質のものが得られた。

【００３１】１０ｃ位置で製品素材１５を放出して搬送
コンベア１６に渡した鋳型は矢印ｅのごとく１０ｄ位置
まで進行する。この位置の下方に、圧縮空気を噴射する
清掃ノズル１８が設けられていて、鋳型１０ｄは圧縮空
気を吹き付けられて自動的に清掃される。

【００３２】清掃された鋳型はさらに矢印ｆのごとく進
行し、ＴＶカメラ１９によって内部の目視検査を受け
る。損耗が認められた鋳型は型交換ステージで交換さ
れ、異常の無かった鋳型は進行を続けて再度の使用に供
される。

【００３３】再使用に供される鋳型は離型剤ノズル２１
によって離型剤を吹付け塗布され、図示１０ｅ位置に進
行する。上記の位置の鋳型１０ｅの上方に、予熱バーナ
ー２２が設置されている。本例の予熱バーナー２２は高
周波加熱バーナーによって構成されており、鋳型１０ｅ
を５００℃に加熱する。これにより、注湯時の熱衝撃が
緩和され、セラミック鋳型の破損が防止される。

【００３４】

【発明の効果】上述の実施例によって理解されるように
本発明に係る環状鋼製品の鋳造方法は、環状溝を有する
複数の上方開放形の鋳型を、無端環状コンベアに取り付
けて搬送しつつ、前記の鋳型内に溶解した低炭素鋼を注
湯し、前記鋳型の環状溝内で凝固した製品素材を、該鋳
型を破壊することなく取り出すことにより、 ａ．鋳型に設けられた環状の凹部が上方に露出している
ので、この中へ容易に注湯することができる。注湯の開
始，進行，完了を容易に行い得るということは、この操
作の自動化，連続化に適することを意味している。

【００３５】ｂ．前記環状凹部に注湯された溶湯は、ほ
ぼ目的どおりの形状，寸法となり、上面が大気に開放さ
れている上に、高さ寸法が比較的小さいので、溶湯中の
不純物の上昇が容易である。

【００３６】ｃ．環状溝内で凝固した環状の製品は、鋳
型を破壊しなくても取り出すことが出来るので、迅速，
容易，かつ連続的に製品取出作業が行われ、しかも鋳型
を繰り返し使用できる。

【００３７】ｄ．上記の、繰返し使用可能な鋳型が、無
端環状コンベアに取付けて搬送されるので、これを循環
せしめて連続的に操業することができる。

【００３８】また、前記の本発明装置によれば、無端環
状のコンベアと、上記コンベアに取付けられた複数の上
方開方形の鋳型と、上記鋳型に設けられた環状溝形の凹
部と、上記鋳型の環状溝形の凹部に溶解した低炭素鋼を
注湯する溶解炉とを具備しているので、前記の発明方法
を容易に実施することができるという優れた実用的効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る連続鋳造装置の１実施例を示す模
式的な断面図

【図２】本発明の適用対象である環状鋼製品を例示した
２面図

【図３】従来例の鋳造装置を示す模式的な断面図

【符号の説明】

１ 型枠 ２ 上型 ３ 下型 ４ 中子 ５ キャビティ ６ 湯口 ７ 湯溜り ８ 押湯 ９ 無端環状のチエンコンベア １０ａ 注湯位置の鋳型 １０ｂ 掻取り位置の鋳型 １０ｃ 放出位置の鋳型 １０ｄ 清掃位置の鋳型 １０ｅ 予熱位置の鋳型 １１ 溶解炉 １１ａ 出湯口 １１ｂ シャッタ １２ 溶湯 １３ 雰囲気バーナー １４ ワイパー １５ 落下位置の製品素材 １５′ 圧延位置の製品素材 １６ 搬送コンベア １７ ＸＹ圧延ロール １７ａ Ｘ圧延ロール １７ｂ Ｙ圧延ロール １８ 清掃ノズル １９ ＴＶカメラ ２０ 型交換ステージ ２１ 離型剤ノズル ２２ 予熱バーナー

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】環状溝を有する複数の上方開放形の鋳型
   を、無端環状コンベアに取り付けて搬送しつつ、前記の
   鋳型内に溶解した低炭素鋼を注湯し、前記鋳型の環状溝
   内で凝固した製品素材を、該鋳型を破壊することなく取
   り出して環状の鋼製品を得ることを特徴とする、環状鋼
   製品の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】無端環状のコンベアと、上記コンベアに取
   付けられた複数の上方開放形の鋳型と、上記鋳型に設け
   られた環状溝形の凹部と、上記鋳型の環状溝形の凹部に
   溶解した低炭素鋼を注湯する溶解炉とを具備しているこ
   とを特徴とする、環状鋼製品の連続鋳造装置。
3. 【請求項３】前記の鋳型を取付けたコンベアは、該鋳型
   内に圧縮空気を吹きつけて清掃する清掃ノズルを備えて
   いることを特徴とする、請求項２に記載した環状鋼製品
   の連続鋳造装置。
4. 【請求項４】前記の鋳型を取付けたコンベアは、該鋳型
   の内面を目視検査するためのテレビカメラ、並びに、損
   傷した鋳型を交換する型交換ステージを備えていること
   を特徴とする、請求項２に記載した環状鋼製品の連続鋳
   造装置。
5. 【請求項５】前記の鋳型を取付けたコンベアは、該鋳型
   の内面に離型剤を吹付ける離型剤ノズルを備えたもので
   あることを特徴とする、請求項２に記載した環状鋼製品
   の連続鋳造装置。
6. 【請求項６】前記の鋳型を取付けたコンベアは、該鋳型
   に注湯する前に、この鋳型を予熱するための予熱機構を
   備えていることを特徴とする、請求項２に記載した環状
   鋼製品の連続鋳造装置。